JPS6149363A - 電子顕微鏡の結像系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の技術分野 本発明は電子顕微鏡の結像系、特に透過型電子顕微鏡に
Ｊ５ける結像方法に関するものである。

（２）従来技術とその問題点 従来、対物レンズを強励磁にして用いる約千倍以上の通
常の１８率モード（ＭＡＧモードと一般に表現する〉に
ａ５いて、５段以上の結像レンズ系を設定し、各レンズ
の励つｉｌの和をほぼ一定とすることにより記録面に形
成される像の回転、反転を無くすことが行なわれる。と
ころが、対物レンズを陽動ｆｆｉにしＣ用いる約千倍以
下の低（８率モード（一般にＬＯＷ　　ＭＡＧモードと
表現する）においては、実像結像の回数を変えることに
より像が反転したり或いは各レンズの励磁の和が一定で
ないために象が回転したり、更には、通常倍率モードと
、低（３率モードとの切換えにより像の反転成いは回転
が生じていた。このような反転成いは回転が低倍率にお
いて生ずると、特に生物試料の観察において、？Ｉｌ、
！奈能率が茗しく低下するという問題がある。又、通常
の倍率モードにＪ′３いて、実像結像の回数を増やし、
各レンズの励磁の組合せの自由度を増せば、像の回転を
制御することが容易であるが、一般に結像回数を増やぼ
ば、軸外収差特に湾曲収差が増大し、観察像の周辺にボ
ケを生じ易いという問題がある。

（３）発明の目的 本発明は上記のような従来の問題点に鑑みて為されたも
ので、対物レンズを、極めて弱励磁にする低倍率モード
と、対物レンズを通常の強励磁にする通常（８：＄モー
ドとの間の像の反転成いは回転を無くし、数十倍から故
万倍迄倍率変化に伴なう像の反転及び回転を無くし、軸
外収差の小さい結像系を１［することを目的としている
。

（４）発明の構成 本発明は一ヒ記目的を達成プるため、一つは電子顕微鏡
の結（象系を４ｉ’ｆ成する各種レンズの極性を調整す
ることにより、記録面上に生じる像の反転や回転を防止
し像観察能率を向上ざ辺るものであり、又第２にサイド
エントリー型の試料ステージを有する対物レンズにおい
て結像系を構成する８　ｆｌレンズの極性を調整プるこ
とにより試料傾斜軸の方向を所定の方向に規制するよう
にしたことを特徴とするものである。より具体的には、
電子顕微鏡の結像系を、対物レンズと、第１の中間レン
ズと、第２の中間レンズと、第３の中間レンズと、第４
の中間レンズと、投影レンズとを電子線源側が１５上記
の順に設定しておきほぼ千倍−二りも低い倍率において
は夫々のレンズの極性をある組合せに設定し、また前記
各種レンズを組合せて用い所定の実間を形成させると共
に、千倍以上の中或いは高倍率での結像に際しては各秤
レンズの極性調節Ｊ３よび上記千（ａ以下の倍率にＪヲ
【プるのとは異なった大凶の形成を行ない、低倍率モー
ドと、中高倍率モードとの間の象の反転及び回転を抑え
るようにしたことを要旨とするものである。また他の発
明では、試料ホルダを電子線Ｉ＋ｌ＋方向に対し垂直に
挿入するサイドエントリー型試料スデージを有する電子
顕微鏡において、低倍率モード及び通常（８率モードに
おいて各種レンズの極性調整を行ない試料ホルダによっ
て４ｆ４成される試料傾斜軸の方向を電子顕微鏡の観察
者の方［ｂ］とほぼ一致させるようにしたことを要旨と
するものである。

く５）実施例の説明 第１図乃至第３図は本発明の各種態様ａ５よび実施例を
示す図である。このうち第１図は、各種倍率による結像
モードでの結像状態を概略的に示す図である。第１図（
ａ）には低倍率結像モードにおける試料の結像状態を示
ずものである。この低倍率結像モードにおいては、試料
１により散乱された電子線２は、対物レンズ３、第１中
間レンズ４及び第２中間レンズ５により第１段目の像９
を形成づ゛る。このとき対物レンズ３および第１　ｆＱ
中間レンズ４により試料１を透過した電子線束２を第１
段中間レンズ後方に設定された可動絞りに収束さＵｌこ
れによりＱＱ乱コントラストを１ひるようにしている。

又、対物レンズ３或いは第１段中間レンズ４はいずれか
一方の励磁を０にしてもよく、その際第１段目の像９は
対物レンズ３と第２段中間レンズ５或いは第１段中間レ
ンズ４と第２段中間レンズ５とで形成されることになる
。この第１段目の像９は、更に第３段中間レンズ６と第
４段中間レンズ７とにより第２段目の（ＱＩＯとして結
（象され、更に投影レンズ８によって記録面上に第３段
目の傾１１を投射する。この場合、各レンズの（Ｉｋ性
は、対物レンズ３、第１段中間レンズ４、第２段中間レ
ンズ５、第３段中間レンズ６、第４段中［１１０レンズ
７は全て同極性（例えば＋）とし、投影レンズ８はこれ
らと異なる極性（−）に設定される。但し、レンズの極
性は、レンズ励磁を増した時、像記録面上にて（象が左
回りに回転する場合を・ト、右回りに回転する明合を−
とりる。

このような低倍率モードにお（プる各レンズの励１４１
状態の一実施例を第２図の左半分（千倍以下）の部分に
承り。この図にＪ５いて、横ｌｌ１１１１は倍率、縦ｐ
１１１はレンズの励磁強度、ノ／（Ｔ？＜Ａ丁／Ｖ子）
を示している。

ここで、 Ｊ：レンズの起磁力 Ｕゝ；相対論？ｌＩ！正された加速電圧を示１°。

この低倍率モードにおいては、一般に各レンズの配置、
形状により千倍以上の倍率を得ることも可１ｊピである
が、この説明では、一応の目安として千１ａ以下とした
。

第２図において、千倍以下の倍率では、対物レンズ３及
び第１段中間レンズ４は第２図中Ａ及びＢの線で表わさ
れているように極めて弱い一定の励磁 、ｙ（ブ≦２　（ＡＴ／Ｖ＋） に設定されている。

（８率が千倍付近では第２段中間レンズ５は、第２図中
Ｃの線で表わすようにほぼ一定の強さに励磁され、第３
段中間レンズ６は第２図中りのわｊｌで示されるように
、 Ｊ／ｆ’ｎ′＝１０（ＡＴ／Ｖ”　） から（８率が下がるに従い減少し第４段中間レンズ７は
第２図中口の線で表わずように倍率が下がるに従い増加
づるようになっている。そして、千１ａから１５０（８
位迄は投影レンズ８は第２図中Ｆの線で表ねずようにほ
ぼ一定の強さで励磁されている。、そして、１５０倍か
ら２５倍位迄に下がるに従って第３段中間レンズ６の励
磁は減少せしめられると共に、投影レンズ８の励磁は減
少するようになっている。

一般に、磁界型対物レンズを通過した時の像の回転角θ
（よ、 θ　−０，１８６３，］　／（？’　　　　　＜　　ｒ
ａｄ　　）で与えられ、他記録面上での回転角αは、。

＝ΣθよΣＪ／、ｆ′ＴＪ？ で与えられる。但し、Ｊは曲線により正負の値をとるも
のとし、Σは各レンズに対して和をとることを示してい
る。

第２図Ｇの線は千１８以下にＪ３けるΣＪ／Ｅ♂を示し
てＪ５す、木実施例では、全倍率範囲に亘って、ΣＪ／
ＪＴ；’　　１ｏ　＜ＡＴ／Ｖ＋）であり、 α　１　、９ｒａｄ　＝＋１１０” となる。

第１図（ｂ）及び（Ｃ）は、対物レンズを強励…にした
結像状態を示しており、壬イ８から数千（ａの結像モー
ドにお【プる結像状態を第１図（ｂ）に、数千倍から枚
方倍までの結像モードにおける結像状態を第１図（Ｃ）
に示す。第１図（ｂ）において、試料１により散乱され
た電子線２は、対物レンズ３及び第１段中間レンズ４に
より第１段目の（象９を形成する。第１段目の（１９は
、更に第２段中間レンズ５、第３段中間レンズ６及び第
４段中間レンズ７により第２段目の象１０を形成する。

この時、第３８２中間レンズ６はＯか或いは極めて弱い
励磁に設定されている。更に、投影レンズ８により像記
録面上に第３段目の像１１を結像する。

第１図（Ｃ）における結像状態は、第１図（ｂ）におけ
る結像状態とほぼ同様であるか、第１段中間レンズ４の
励磁がＱ　ｉ、：　ｇＱ定されているため第１［さ１（
Ｃ）にＪ３１ノる結ＩＣ＜！状態の方がにり一層高イｊ
１率の試料観察を行／ｒうことかできる。各レンズの極
１」（ユ、対物レンズ３、第１段中間レンズ４、第２殿
中間レンズ５、第４段中間レンズ７を上記低倍冷結像モ
ード１１；’Ｉにお番プると同１１　、同極性（十）に
し、１使影レンズはこれとは異なった極性り−）にづる
。椅′５３段中間レンズ６の極性は（＋）でも〈−）で
も良い。

通常倍率モードにお（プる各レンズの励磁状態の一例を
第２図の右半分の部分（千イ８以上）に示す。

この図からも明らかなように対物レンズ３は同図中２点
鎖線△で示すように強く励磁され、Ｊｉｌ−♂≠１１．
５　（ＡＴ／Ｖ士）稈麿の励に１に設定されている。但
し、この励磁の強ざはＪＪ（料より結像レンズ側の励磁
のみ示してあり、試ｒ１によりｉ’＋ｉｉ方の［ｉ；Ｉ
＋　ｔ４１は考直していない。対物レンズＪ３の形状或
いは試料１の位置によって上記式Ｊ／Ｒの値は異なるの
が凸通であるが、いり゛れの県会も大体１０（ＡＴ／Ｖ
丁）前後である。

対物レンズの励碌炎が太き（なった分だり、第３段中間
レンズ６の励磁は第２図中りで示づ°ようにｌ１ｉｌＪ
ｔｉｌｌの強さが減少せしめられている。第２図の実施
例にＪＪいては、第３段中間レンズ６はマイナスの極性
に励磁されている。そして、倍率が上がるに従って（図
中左から右へ移動する）、第２段中間レンズ５の［ＧＩ
＋…は第２図中ＦＩＩＣで表わすように次第に増加し、
第４段中間レンズ７の励磁は同図中線ビで示づ゛ように
次第に減少せしめられている。

又、第１段中間レンズ４の励磁は、倍率が３千倍程度迄
は第２図中線Ｂで示すように一定の値に励１６され、そ
れ以上の倍率ではＯとなっているが、この第１段中間レ
ンズの励磁については、枚方倍程度の倍率迄は第２図Ｂ
で示す（的から徐々に減少させていっても良い。投影レ
ンズ８は上で述べた低倍率結像モードにお番プる場合と
同一の値で励磁されている。

第２図にｄ３いては、投影レンズは、１５０倍以上で一
定の値に励磁されているが、１５０倍以下のＬＯＷ　　
ＭＡＧモードと同様に、倍率を枚方イ８から減少させる
に従って、投影レンズのｌ１ｉＩＩ磁の大さざを減少さ
せていってもよい。１ｈに、２００Ｍφ以下の口径の絞
りを投影レンズの後方に配置して、この絞り上に電子線
束を集束させ試料空と、〕ＪＪラに百との差動排気を図
るようにした電子顕微鏡においては、第４段中間レンズ
の励磁の強さの増加に併ない、投影レンズの励磁の強さ
を減少させることが必要である。

係る通常のイ８＊による結像モードにＪ３＆つる像の回
転角を求めるために、 ΣＪ／Ｅ♂゛ の１１（ｉを第２図中布２１′分の部分においてもＧで
示した。この図からも判るように ΣＪ　／−／”Ｊ？’ジ０　（ＡＴ／Ｖ±）αキ＋１１
０゜ となり、通り１１の倍率による結像モードと低倍率によ
る結像モードとの間で像の回転角が一致している。史に
上７：ｄいり゛れの結（慎し−ドにＪＪい“（し、共に
３段↑、−像であるのぐ、Ｘ１１１像七−ド相Ｕ間にお
ける像の反転も起らない。又、対物レンズ３の焦点距ト
１１［か良い場合或いは投影レンズ８の拡大率が小さい
時には、第１０２中間レンズ４を励磁しない状ｒぷにお
いても、容易に千倍程度のイ８率が得られる。

従って、通常の倍率による結像モードにおいて第１段中
間レンズの励（、く１を０とすることができる。

また上でも述ぺたように、低倍率による結像モードにお
いても、第１８２中間レンズ４の励磁を０とすることも
できる。従って、第１段中間レンズ４を省略した５段の
レンズから成る結像レンズ系に対しても本発明を適用ザ
ることができる。

更に、軸外収着の内、特に湾曲収差は磁界型レンズにａ
３いては打ち消し合うことのできない収差で、一般にレ
ンズ結像の回数を増−ゝ）す（、表と増加する。これに
対して、本発明の方式では、試料の象を対物レンズ後方
において４段以上に結像していないため湾曲収差を小さ
くづることｈ＼でさ、フィルム周辺におりる件のボケを
小さくづることかできる。

第３図（ａ）、（ｂ）は、゛ｒｈ子σｃの位置ｊ）ｓ　
＋う光軸方向に眺めた像の回転の状！さを示づ図でおる
。

これらの図にＪＪいて、ＹからＹ′に向かう方向が電子
顕微鏡の鏡筒前面、即ちＹ′の位置がＴｆＩ２察者の（
）′Ｌ首を表４つり“。第３図（ａ）にＪ３いて、（１
）で示Ｊ゛方向に試料ホルダが挿入されるものとづ゛る
。

このにうな電子顕微鏡において′電子銃から照Ｑ’Ｊさ
れた電子ｊ１（が、磁界をレンズ（対物レンズ３）を通
過することに３二り、先ず像は左回りに１１０゜回ｉｉ
ムして同図中（２）で承り方向を向く。そして対物レン
ズを通過した後に中間レンズ４，５．６゜７及び投！２
ビレンズ８によ・）て３段結像されるから、１８０°反
転し、試料ホルダの向きは、１色記録面−にでは同図中
（３）で示づ方向を向く。この結果、第３図（ａ　）　
’（”示す位置に挿入された試料ホルダは電子線の回転
及び反転作用によって電子顕微ｊｎの鏡筒１）１１方Ｙ
′に対し左方向に４乃至２５°（図中φ（ホ！Ｊ）回転
した位置に設定されたと同じことになる。そして、上に
述べた実施例にＪ３いては、倍率が２５イε１から故万
イ８に至るまで試料ホルダ、即ら試料の傾斜軸が常にこ
の方向に保たれる。

ｍ　３　［＞１　（ｂ　）は、試料ホルダの挿入位置が
電子顕微、鏡の鏡筒の右横にある場合を示し、この場合
では試料ホルダは同図中（１１）で示丈ＸからＸに向く
方向にＩＩｌ’ｉ人づる。この時、試料傾斜Ｎ　Ｌ；ｔ
、鏡筒前方Ｙ′にス・１し右方向に４乃至２０°（図中
φ′で承り）回転した位置になる。対物レンズ３、中間
レンズ４．５．６．７、投影レンズ８の配置或いはレン
ズ形状を変えれば、各レンズのＪ／Ｒは変わるが、上に
述べたレンズ（伸性、結ｆｆｆｓ方式を採れば、 α＝ｉｏｏ’ 前後であり、傾斜ｉｈｌ＋はほぼ鏡筒前方に位置するこ
とになる。

このようにａ記録面」二で、試オ’ｉｌ　ｆｌＪ＋斜輔
が電子、′ｉｒｉ微鏡の鏡筒前方にあると、観察者にと
って（ユ立体？ｉＱ　京及び躍影に対して操作上の都合
が良いという利点が得られる。

（６）発明の効果 以」−説明したように試料の後方に６段或いは５３段の
レンズを設け、これらのレンズの極性を所定の）５２則
に従って設定し、常に試お１像を３段結像ターることに
より、電子顕微鏡等に４５いて、数′１０倍から故万（
Ｆｊ　ｊ’４のイ）−率においτ願の反転成いは回転が
無く四宗でき、しかも軸外収着の小さい電子顕微鏡をＩ
Ｓすることかでさ、特に生物試料の観察に際して立体観
察や囮影の操作性が向上するという点において大きな効
果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ＞は対物レンズの励磁をＯか或いは（へめで
弱励磁にした低倍率モードによる結像状態を承り−［２
（１多１１１図（ｂ）は対物レンズを強励磁にし、第１
段中間レンズを所定の値に励磁し比較的ｆｌ（１８率の
＋５７られるＩ、Ｑ率モードにａ３ける結像状態を示り
図、第１図（Ｃ）は同じく対物レンズを強励ｌａにり゛
る一方、第１段中間レンズの励磁をＯとし比較的高（８
率の得られる倍率モードにおける結像状態を示づ図、第
２図は本発明において各１８率に、１５ける夫々のレン
ズの励磁状態の−１９１を示すグラフ図であり、横１１
ｑｌ＋はイ８率変化、縦軸はｌ１ｉｌＪ磁強度を示す図
、第３図は電子銃側から光軸方向に児た象の回転状態を
示す図で、第３図（ａ　）は試わし１ζルタが鏡筒前方
に対し右方向へ約４５°回転した方向から挿入された場
合の当該試料ホルダの像の回転状態を示ず図であり、第
３図（ｂ）は試料ホルダが鏡筒右横から挿入された揚台
における当該試料ホルダの回転した状態を示ず図である
。 １・・・試料、　　　　　　２・・・電子線、３・・・
対物レンズ、　　　４・・・９１１段中間レンズ、５・
・・第２段中間レンズ、６・・・第３段中間レンズ、７
・・・第４段中間レンズ、８・・・投影レンズ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）対物レンズと、第１段中間レンズと、第２段中間レ
   ンズと、第３段中間レンズと、第４段中間レンズと、投
   影レンズとを電子線源側から上記の順に設定し、ほぼ千
   倍よりも低い倍率においては上記対物レンズと、第１段
   中間レンズと、第２段中間レンズと、第３段中間レンズ
   と、第４段中間レンズとを同極性、投影レンズを異極性
   に励磁し、対物レンズ、第１段中間レンズ、第２段中間
   レンズによって第１段目の実像を形成し、第３段中間レ
   ンズ、第４段中間レンズによって第２段目の実像を形成
   すると共に、投影レンズによって記録面上に第３段目の
   実像を形成し、又、 千倍以上の中低倍率或いは中高倍率においては対物レン
   ズを強励磁し、対物レンズと、第１段中間レンズと、第
   ２段中間レンズと、第４段中間レンズとを同極性、投影
   レンズを異極性に励磁し、対物レンズ、第１段中間レン
   ズによって第１段目の実像を形成し、第２段中間レンズ
   、第３段中間レンズ、第４段中間レンズによって第２段
   目の実像を形成すると共に、投影レンズによって記録面
   上に第３段目の実像を形成することにより、低倍率モー
   ドと中高倍率モードとの間の像の反転及び回転を無くす
   と共に、数十倍から数万倍迄の倍率変化に対する像の反
   転及び回転を抑制したことを特徴とする電子顕微鏡の結
   像系。 ２）対物レンズと、第１段中間レンズと、第２段中間レ
   ンズと、第３段中間レンズと、第４段中間レンズと、投
   影レンズとを電子線源側から上記の順に設定して成るレ
   ンズ系を有する電子顕微鏡の、電子線軸方向に対し、試
   料ホルダを垂直に挿入し、この試料ホルダを試料傾斜軸
   としたサイドエントリー型の試料ステージにおいて、低
   倍率モードにおいては対物レンズ、第１段中間レンズ、
   第２段中間レンズ、第３段中間レンズ、第４段中間レン
   ズとを＋極性に、投影レンズを−極性に励磁し、通常の
   倍率モードにおいては、対物レンズ、第１段中間レンズ
   、第２段中間レンズ、第４段中間レンズを＋極性に、投
   影レンズを−極性に励磁して、試料傾斜軸の方向を電子
   顕微鏡観察者の方向とほぼ一致させたことを特徴とする
   電子顕微鏡の結像系。